## Sistem Monitoring Energi Lampu Penerangan Jalan Umum Berbasis
Wireless Sensor Network dengan Topologi Mesh
Rudy Santoso Lukito 1 ,Deddy Susilo 2 ,F. Dalu Setiaji 3
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga
1 612011047@student.uksw.edu, 2 deddy.susilo@staff.uksw.edu, 3 dalu.setiaji@staff.uksw.edu,

## Ringkasan
Pada  makalah  ini  dibuat  suatu  sistem  untuk  memantau  energi  listrik  yang  terpakai  pada lampu  penerangan  jalan umum  dan  mengirimkan  datanya,  berbasis wireless  sensor  network dengan  topologi mesh .  Terdapat  modul slave yang  dipasang  pada  tiang  lampu  jalan  yang terdiri dari sensor tegangan jala-jala PLN, sensor arus yang terpakai oleh lampu, dan sensor intensitas  cahaya    yang  dihasilkan  lampu.  Mikrokontroler  Arduino  pro  mini  3,3V  8MHz digunakan untuk mengolah data dari sensor sehingga dapat diketahui besarnya daya yang digunakan oleh lampu. Wireless sensor network dengan topologi mesh dirancang untuk untuk mengatasi gagalnya pengiriman data dari modul slave ke modul master di komputer server. Wireless  sensor  network dirancang  menggunakan  RF  transceiver.  Hasil  pengujian menunjukkan  sensor  tegangan,  arus  dan  intensitas  cahaya  memiliki  ralat  di  bawah  3%. Perancangan wireless  sensor  network dengan  topologi mesh berhasil  direalisasikan,  dimana ketika  salah  satu  modul slave yang  tidak  berfungsi,  semua  data  dari  modul slave yang berfungsi tetap dapat diterima oleh modul master .
Kata kunci: Sistem monitoring, wireless sensor network , slave , master , topologi mesh .

## 1. Pendahuluan
Energi  listrik  yang  sangat  berharga,  banyak  digunakan  untuk  lampu  penerangan jalan umum dalam jumlah banyak. Untuk satu buah lampu jalan,   konsumsi daya yang dibutuhkan  cukup  besar  yaitu  antara  18W  sampai  700W.  Namun  sering  terlihat  bahwa lampu jalan belum mati saat siang hari, sehingga memboroskan  energi listrik. Belum lagi jika  lampu  sudah  mulai  menurun  kualitasnya  sehingga  intensitas  cahayanya  menjadi tidak maksimal.
Maka  dari  itu,  dirancang  sebuah  sistem  pemantau  energi  listrik  yang  digunakan lampu  jalan  dengan  pengiriman  data  berbasis wireless  sensor  network bertopologi mesh . Data  tersebut  nantinya  diharapkan  dapat  digunakan  untuk  mengambil  langkah  yang tepat  jika  terjadi  masalah  pada  lampu  jalan,  yang  tujuan  utamanya  adalah  menghemat pemakaian  energi  listrik.  Penggunaan wireless  sensor  network dengan  topologi mesh dirancang menggunakan modul RF transceiver NRF24L01 0dBm yang hemat daya,  tidak memerlukan  biaya  dalam  pengiriman  datanya  dan  dapat  digunakan  untuk  pengiriman data jarak jauh.

## 2. Kajian Pustaka
Sejumlah  sistem  dengan  tujuan  sejenis  telah  dikembangkan  dengan  menggunakan berbagai  macam  cara  pengiriman  data  dan  penerapannya.  Pada  bab  ini  akan  dibahas beberapa di antaranya sebagai bahan acuan dan perbandingan.
2.1. Desain Sistem Monitoring dan Kontrol Penggunaan Energi Listrik
Menggunakan Wireless Sensor Network [1]
Sistem  monitoring  energi  listrik  digunakan  untuk  mendeteksi  penggunaan  energi listrik  yang  dipakai  oleh  beban.  Dalam  sistem monitoring ini  dilakukan  pengukuran besaran  arus  listrik  menggunakan  sensor  arus.  Pengukuran  arus  listrik  dilakukan  pada beberapa titik beban yang telah dimodifikasi dengan penambahan pemancar dan sebuah modul penerima pada server yang digunakan untuk menerima dan mengolah data hasil pengamatan.  Desain  sistem  ini  menggunakan  teknologi Wireless  Sensor  Network (WSN), dengan  transmisi  data  menggunakan  standar  protokol  IEEE  802.15.4/zigbee.  Dari pengujian  sistem didapatkan  jarak jangkau  transmisi  data maksimal dalam kondisi Line of Sight (LOS) adalah 100 meter, sedangkan pada kondisi Non Line of Sight (NLOS)  sejauh 35 meter, dengan penghalang berupa tembok beton setebal 15cm.
2.2. Implementasi Wireless Sensor Network untuk Monitoring Parameter Energi Listrik sebagai Peningkatan Layanan Bagi Penyedia Energi Listrik [2]
Pada  acuan  ini,  parameter  energi  listrik  yang  dimonitor  adalah  tegangan,  arus, frekuensi  dan  beda phase .  Data  parameter  energi  listrik  pada  setiap  sensor  dikirimkan secara  nirkabel  menggunakan  modul  RF  ke gateway .  Sisi gateway akan  terkoneksi  GPRS menggunakan modem GPRS dan mengirim paket-paket data ke web database . Konsumen dapat  mengakses  data-data  tersebut  melalui  telepon  genggam.  Pada web tersebut  akan ditampilkan  data-data  energi  listrik  sesuai  waktu  dan  wilayah  yang  ingin  ditampilkan, untuk  menginformasikan  penggunaan  energi  listrik  yang  dikonsumsi.  Modul  RF  yang digunakan dapat mengirimkan data sejauh 300 meter.
Perbedaan  sistem  yang  dibuat  dibandingkan  dua  pustaka  di  atas  adalah,      pada sistem ini pengiriman dan penerimaan  data dilakukan menggunakan modul transceiver umum yang memiliki frekuensi kerja 2,4GHz dan menanamkan protokol Wireless Sensor Network secara software .  Juga  terdapat  kendali  terpusat  untuk  mengaktifkan  dan menonaktifkan lampu jalan secara paksa ( force control ) untuk keperluan maintenance rutin dan  hal-hal  khusus  dari  pusat  kendali.  Terdapatnya  sensor  pengukur  intensitas  cahaya lampu jalan dapat mendukung keperluan maintenance rutin lampu jalan yang rusak atau mati.

## 3. Perancangan dan Penerapan

## 3.1. Sistem Kontrol
Sistem kontrol yang dirancang menggunakan mikrokontroler Arduino pro mini 3,3 V 8MHz sebagai pengendali utama. Terdapat lima modul slave terpasang pada tiang lampu jalan  dan  1  modul master pada  komputer server. Tiap  modul slave terdiri  sensor  arus, sensor  tegangan,  sensor  cahaya  dan  NRF24L01.  Gambar  1  menunjukkan  blok  diagram modul slave.
Gambar 1. Blok diagram modul slave
Sensor tegangan digunakan untuk mengukur tegangan rms jala-jala, sensor arus non- invasive YHDC  SCT-020  digunakan  untuk  mengukur  arus  rms,  dan  sensor  cahaya BH1750  untuk  mengukur  intensitas  cahaya  cahaya  lampu  jalan.  Pengkondisi  sinyal dirancang  agar  tegangan  yang  keluar  dari  sensor  dapat  sesuai  dengan  jangkauan tegangan  masukan  pin  ADC  arduino.  Modul master sebagai  penerima  data  terdiri  dari NRF24l01. Gambar 2 menunjukkan blok diagram modul master.
Gambar 2. Blok diagram modul master

## 3.2. Perangkat Keras Sistem
Perangkat  keras  modul slave yang  direalisasikan  dalam  penelitian  ini  memiliki ukuran pnampang 11cm×8,6 cm yang dapat mudah ditempelkan pada tiang lampu jalan seperti ditunjukkan Gambar 3.

## Gambar 3. Gambaran lampu jalan dan penempatan modul

## 3.3. Perangkat Lunak Sistem
Perancangan perangkat lunak yang akan dijelaskan dibagi menjadi tiga bagian yaitu perancangan perangkat lunak modul slave, modul master , dan komputer server . Gambar 4 menunjukkan diagram alir modul master yang bertugas menerima data dari modul slave dan dikirimkan ke komputer server secara serial.
Gambar 4. Diagram alir modul master
Pada  komputer  server,  digunakan  aplikasi Microsoft  Visual  Studio  2010 untuk menampilkan  data  yang  dikirmkan  modul master dan  melakukan  perhitungan  daya nyata  (S),  daya  reaktif  (Q),  faktor  daya  (pf),  dan  jumlah  energi  (dalam  kWh). Microsoft
Modul slave Lampu Jalan 250 W 30 m 30 m Modul slave Modul slave Lampu Jalan 250 W Lampu Jalan 250 W
Network dengan Topologi Mesh Rudy Santoso Lukito,Deddy Susilo,F. Dalu Setiaji
Access 2010 digunakan sebagai database. Gambar  5 menunjukkan diagram alir komputer server.
Gambar 5. diagram alir komputer server.
Pada  modul slave ,  data  yang  diambil  berupa  tegangan  rms,  arus  rms,  intensitas cahaya,  dan  melakukan  perhitungan  daya  aktif.  Gambar  6  menunjukkan  diagram  alir modul slave.
Gambar 6. diagram alir modul slave.

## 4. Pengujian dan Pembahasan
Pengujian  dilakukan  dengan  mengambil  10  data  pembacaan  tegangan  dan  arus menggunakan  multimeter  dan  hasil  perhitungan  daya  nyatanya,  kemudian dibandingkan  dengan  hasil  pembacaan  alat  yang  dibuat.  Beban  yang  digunakan  yaitu lampu jalan 250 W. Tabel 1 menunjukkan hasil pengujian tersebut. Pengujian dilanjutkan dengan menguji sensor cahaya seperti ditunjukkan Tabel 2.
Tabel 1. Hasil pengujian tegangan RMS, arus RMS, dan daya nyata
Data Vrms Multi(V) Vrms Alat(V) Ralat (%) Irms Multi(A) Irms Alat(A) Ralat (%) Daya Nyata(VA) Daya Nyata Alat(VA) Ralat (%) 1 224,5 224,07 0,0019 1,864 1,86 0,0021 418,46 416,77 0,4 2 224,2 223,67 0,0023 1,864 1,86 0,0021 417,9 416,02 0,44 3 224,5 223,38 0,0049 1,864 1,86 0,0021 418,46 415,48 0,71 4 224,7 224,3 0,0017 1,863 1,86 0,0016 418,61 417,19 0,33 5 224,5 224,19 0,0013 1,863 1,86 0,0016 418,24 416,99 0,29 6 224,6 224,22 0,0016 1,862 1,86 0,001 418,2 417,04 0,27 7 224,1 223,84 0,0011 1,862 1,86 0,001 417,27 416,34 0,22 8 224,9 224,56 0,0015 1,862 1,86 0,001 418,76 417,68 0,25 9 225,5 225,04 0,002 1,861 1,86 0,0005 419,65 418,57 0,25 10 225,5 225,03 0,002 1,861 1,86 0,0005 419,65 418,55 0,26 Rata- rata 224,7 224,23 0,002 1,86 1,86 0,0013 418,52 417,06 0,34
Tabel 2. Hasil pengujian sensor cahaya
Data ke Lux Meter (lux) Sensor Cahaya (lux) Ralat(%) 1 5180 5236 1,08 2 5170 5123 0,9 3 5180 5024 3,01 4 5160 5132 0,54 5 5170 5234 1,23 6 5170 5135 0,67 7 5170 5022 2,86 8 5180 5113 1,29 9 5170 5230 1,16 10 5180 5154 0,5 11 5160 5024 2,63 12 5150 5091 1,14 13 5160 5222 1,2 14 5180 5172 0,15 15 5100 5031 1,35
Pengujian dilakukan dengan membandingkan pembacaan nilai lux lampu jalan oleh sensor  cahaya  yang  digunakan  dengan  alat  LUX  Meter  TES  1330.  Cara  pengujian  yaitu dengan meletakkan  lux  meter dan sensor cahaya bersebelahan dan  sejajar. Lampu jalan berjarak 85 cm dari sensor cahaya dan lux meter Dengan mengacu pada pembacaan LUX Meter maka hasil pengujian sensor cahaya memiliki ralat maksimum 3%.

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 15 No. 1 April 2016 Hal 39 - 46
Pengujian wireless sensor network dilakukan untuk menguji kemampuan dari topologi mesh dalam  mengirimkan  data  ke  modul master walaupun  ada  modul slave yang mati. Pengujian dilakukan sebanyak 10 kali dengan melihat data yang masuk ke modul master ketika  salah  satu  modul slave 1.  Hasilnya  ditunjukkan  pada  Tabel  3,  yaitu  semua  data dapat terkirim dengan baik.
Tabel 3. Pengujian wireless sensor network ketika modul slave 1 mati
Pengujian ke data dari slave 2 3 4 5 1 V V V V 2 V V V V 3 V V V V 4 V V V V 5 V V V V 6 V V V V 7 V V V V 8 V V V V 9 V V V V 10 V V V V
Tanda  centang  (V)  pada  Tabel  3  menunjukkan  data  yang  berhasil  diterima  dengan baik  oleh  modul master .  Dilakukan  juga  pengujian  untuk  mematikan  lampu  jalan  dari modul master yang berhasil dengan baik.

## 5. Kesimpulan
Berdasarkan  perancangan,  perealisasian  dan  pengujian  dapat  ditarik  kesimpulan sebagai berikut:
1. Alat  dapat  mengukur  nilai  tegangan  jala-jala  dengan  ralat  maksimal  sebesar 0,005%.
2. Alat dapat mengukur nilai arus beban dengan ralat maksimal sebesar 0,0021%.
3. Alat  dapat  mengukur  nilai  daya  nyata  beban  dengan  ralat  maksimal  sebesar 0,71%.
4. Alat  dapat  mengukur  nilai  intensitas  cahaya  lampu  dengan  ralat  maksimal sebesar 3%.
5. Dengan menerapkan Wireless Sensor Network bertopologi mesh , ketika ada satu modul slave mati maka data dari empat modul slave lainnya tetap dapat terkirim dengan baik ke modul master.

## Daftar Pustaka
[1]  Sirojuddin,  Muhammad  dkk,  2014  ,”Desain  Sistem  Monitoring  dan  Kontrol Penggunaan  Energi  Listrik  Menggunakan  WIreless  Sensor  Network”,  Salatiga:FSM UKSW
[2]  Arrosyid,  Moch  Harun  dkk,  2009,  “Implementasi  Wireless  Sensor  Network  Untuk Monitoring  Parameter  Energi  Listrik  Sebagai  Peningkatan  Layanan  Bagi  Penyedia Energi Listrik”, Surabaya:PENS ITS